[发明专利]一种消除钢中残余应力的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及钢中残余应力的消除技术，具体为一种消除钢中残余应力的脉冲电流处理方法。

背景技术：

残余应力对材料的机械性能有十分重要的影响，会降低材料的疲劳强度、抗应力腐蚀性能、尺寸稳定性及使用寿命等。现有的最重要的消除残余应力的方法有：退火、加静载以及机械振动的方法。虽然这些方法在现代工业中得到了广泛的应用，但它们各自都存在明显的不足，如退火会影响材料的组织结构等。寻找新的更有效的消除残余应力的方法一直是工业界和研究人员所关注的。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种脉冲电流消除钢中残余应力的方法，其可以在有效消除钢中残余应力的同时，基本不影响钢中的组织结构。

本发明的技术方案是：

本发明提供了一种消除钢中残余应力的脉冲电流处理方法，对具有残余应力的钢(比如淬火)进行脉冲电流处理，钢中残余应力经过脉冲电流处理后，残余应力减小或者消除。脉冲电流的放电周期1μs～1000μs，最大峰值电流密度10³～10⁵A/mm²，单个脉冲的持续时间1μs～10000μs，脉冲电流处理的时间为单个脉冲的持续时间。脉冲电流的较佳参数为：脉冲电流的放电周期100～200μs，最大峰值电流密度2×10³～6.5×10³A/cm²，单个脉冲的持续时间500～800μs。采用此较佳参数范围时，钢中残余应力发生弛豫，弛豫量随着电流密度的增大而增加乃至完全消除。

本发明的原理是：

在脉冲电流通过材料的极短时间内，材料中的位错激活能大幅度降低，大幅度降低位错的运动阻力。在材料本身的残余应力和脉冲电流导致的热压应力的共同作用使材料发生微观或局部的塑性变形，使储存在材料中的弹性应变能释放出来，从而导致残余应力的消除。由于钢中残余应力消除的实质就是保存在材料中的弹性应变能通过微观或局部塑性变形逐渐释放的过程，这一过程必定位错的运动有关。即通过位错运动可使与残余应力相关的弹性形变，部分或全部转变为塑性变形。因此，本发明具有普适性，可以应用于各种钢材的残余应力消除。

本发明的有益效果是：

1、采用本发明脉冲处理后的材料在保持所需微结构的同时，部分乃至完全消除了材料中的残余应力，脉冲电流处理的时间短。

2、本发明方法操作简单方便，周期短，效率高，成本低。

附图说明

图1为常规的脉冲电流处理过程的装置示意图。图中，1样品；2热电偶；3铜电极；4电流探测线圈；5电容器组；6放电开关。

图2为脉冲电流处理所用脉冲电流的波形图。

图3为脉冲电流处理后XRD图谱。

图4为脉冲电流处理后试样中残余应力沿层深的分布。

具体实施方式

下面通过实施例详述本发明。

实施例1

所用钢材为40Cr钢，钢的化学成分(质量分数，％)为：C 0.38，Mn 0.69，Si 0.33，Cr 0.93。图1为脉冲电流处理过程的装置(放电回路)示意图(此装置是为已知的技术)。它由脉冲电流发生器和示波器组成，脉冲电流发生器包括电流探测线圈4、电容器组5、放电开关6以及控制电路、触发电路、充电电路等，控制电路分别用于控制充电电路和触发电路的启闭；工作时，控制电路发出指令给充电电路，为电容器组5充电完成后，控制电路再发出指令给触发电路使放电开关闭合，由电容器组5放电产生脉冲电流，对样品1进行处理，电流探测线圈4外接示波器，脉冲电流的波形和基本参数由TDS3012型示波器测定。将样品1两端夹持在铜电极3之间，再将两个铜电极3分别与脉冲电流发生器输出端的正负电极相连，热电偶2用于测量样品1的温度。

图2显示了处理试样(试样D)所用脉冲电流的波形示意图，其中脉冲电流的放电周期t_p＝100μs，最大峰值电流密度j_m＝6.3×10³A/mm²，单个脉冲的持续时间约800μs。表1为我们实例中各组试样所采用的最大电流密度。

表1为不同脉冲电流处理所采用的最大电流密度

图3显示了脉冲电流烧结前后试样A、B和D的X射线衍射图谱(XRD)的对比，可以看出，经过脉冲电流烧结后，没有发生相成分的变化。图4为不同脉冲电流处理后试样中残余应力沿层深的分布，可知随着电流密度的增加残余应力降低，当电流密度达到一定值后消除。